CN106870021B - 变转速汽轮机及其供热系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变转速汽轮机，包括具有第一转子轴的高中压缸和具有第二转子轴的低压缸，还包括一变速机构，变速机构的输出端与第一转子轴相连接，变速机构的输入端与第二转子轴相连接；当汽轮机的运行背压升高时，低压缸的蒸汽焓降减少，变速机构用于降低低压缸的第二转子轴的转速n；当汽轮机的运行背压降低时，低压缸的蒸汽焓降增加，变速机构用于增加低压缸的第二转子轴的转速n。本申请通过变速机构改变汽轮机低压缸的转速，且使低压缸转速的变化量与汽轮机运行背压变化时所产生的低压缸焓降的变化量相对应，从而使得低压缸的速比始终在合理的设计范围内，进而保证汽轮机机组的安全运行，且还提高了汽轮机机组的经济性。

Description

变转速汽轮机及其供热系统

技术领域

本发明涉及汽轮机发电领域，特别是涉及一种变转速汽轮机及其供热系统。

背景技术

近几年，我国为了符合节能减排的要求，通常关停小的背压供热机组，改为采用大功率抽凝机组集中供热。为了进一步减少凝汽器的冷源损失，增大供热量，在冬季供热工况下，部分电厂用热网的回水作为凝汽器的循环水，汽轮机的低压排汽直接加热供热管网循环水。由于供热管网循环水的回水温度一般为45～50℃，供热管网循环水的出水温度一般为75～85℃，与该采暖期工况相对应的汽轮机的运行背压为44～55KPa，故其与非采暖期工况相对应的汽轮机的运行背压(4.9～11.8KPa)有非常大的差别，汽轮机在采暖期工况下的运行背压值远远超出原来汽轮机长叶片的安全运行范围。

针对上述问题，目前通常有以下两种解决方式：

方式一、把汽轮机在采暖期的运行背压作为设计点，采用较短的叶片，但是，在非采暖期时，汽轮机的叶片在阻塞背压运行，经济性很差。

方式二、采用可互换式双压低转子设计，以适应不同的运行背压，但是，其成本非常高，需要配备两套适用于不同运行背压的转子，且在高运行背压时或低运行背压时更换相应的转子也存在操作上的不便。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种成本低、且在高运行背压或低运行背压下均具有较好的安全性和经济性的变转速汽轮机。

为实现上述目的，本发明提供一种变转速汽轮机，包括具有第一转子轴的高中压缸和具有第二转子轴的低压缸，所述低压缸的速比x为：式中：n为低压缸的第二转子轴的转速，D为低压缸的叶片级的直径，Δh为低压缸的蒸汽焓降，m为低压缸的总级数；还包括一变速机构，所述变速机构的输出端与所述第一转子轴相连接，所述变速机构的输入端与所述第二转子轴相连接；当汽轮机的运行背压升高时，所述低压缸的蒸汽焓降Δh减少，所述变速机构用于降低低压缸的第二转子轴的转速n，且低压缸的第二转子轴的转速n的减少量与低压缸的蒸汽焓降Δh的减少量相对应；当汽轮机的运行背压降低时，所述低压缸的蒸汽焓降Δh增加，所述变速机构用于增加低压缸的第二转子轴的转速n，且低压缸的第二转子轴的转速n的增加量与低压缸的蒸汽焓降Δh的增加量相对应。

优选地，所述变速机构为变速箱、调速器、变速器、齿轮箱中的一种。

进一步地，当汽轮机的排汽压力降低或进汽流量增加时，所述低压缸的蒸汽焓降Δh增加，所述变速机构用于增加低压缸的第二转子轴的转速n，且低压缸的第二转子轴的转速n的增加量与低压缸的蒸汽焓降Δh的增加量相对应；当汽轮机的排汽压力升高或进汽流量减少时，所述低压缸的蒸汽焓降Δh减少，所述变速机构用于降低低压缸的第二转子轴的转速n，且低压缸的第二转子轴的转速n的减少量与低压缸的蒸汽焓降Δh的减少量相对应。

本发明还提供一种变转速汽轮机供热系统，包括给水泵汽机、汽轮机的中压缸和低压缸、凝汽器、二级加热器和居民供热管，所述中压缸的排汽口通过管道与低压缸的进汽口相连接，所述给水泵汽机的出口和低压缸的排汽口均通过管道与凝汽器的入口相连接，所述凝汽器的出口通过管道与二级加热器的进口相连接，所述二级加热器的出口通过管道与居民供热管的入口端相连接，所述居民供热管的出口端通过管道与凝汽器的入口相连接，所述中压缸上还设有中排调整抽汽口，该中排调整抽汽口通过中排调整抽汽管道与二级加热器的进口相连接；所述汽轮机的中压缸具有第一转子轴，所述汽轮机的低压缸具有第二转子轴，所述低压缸的速比x为：式中：n为低压缸的第二转子轴的转速，D为低压缸的叶片级的直径，Δh为低压缸的蒸汽焓降，m为低压缸的总级数；还包括一变速机构，所述变速机构的输出端与所述第一转子轴相连接，所述变速机构的输入端与所述第二转子轴相连接；当汽轮机的运行背压升高时，所述低压缸的蒸汽焓降Δh减少，所述变速机构用于降低低压缸的第二转子轴的转速n，且低压缸的第二转子轴的转速n的减少量与低压缸的蒸汽焓降Δh的减少量相对应；当汽轮机的运行背压降低时，所述低压缸的蒸汽焓降Δh增加，所述变速机构用于增加低压缸的第二转子轴的转速n，且低压缸的第二转子轴的转速n的增加量与低压缸的蒸汽焓降Δh的增加量相对应。

优选地，所述中排调整抽汽管道上设有调节阀。

优选地，所述低压缸为双流低压缸。

如上所述，本发明涉及的变转速汽轮机及其供热系统，具有以下有益效果：

本申请通过变速机构改变汽轮机低压缸的转速，且使低压缸转速的变化量与汽轮机运行背压变化时所产生的低压缸焓降的变化量相对应，从而使得低压缸的速比始终在合理的设计范围内，进而保证汽轮机机组的安全运行，且还提高了汽轮机机组的经济性；另外，本申请仅仅是在高中压缸的第一转子轴和低压缸的第二转子轴之间增设一个变速机构就可达到汽轮机机组在高背压、低背压时均具有较好经济性和安全性的效果，故其成本也非常低。同时，将该变转速汽轮机应用到冬季供热系统中，以减少凝汽器的冷源损失，增大热网供热量，以符合节能减排的要求。

附图说明

图1为本申请中变转速汽轮机的结构示意图。

图2为本申请中变转速汽轮机供热系统的结构示意图。

元件标号说明

1 高中压缸

11 第一转子轴

2 低压缸

21 第二转子轴

3 变速机构

4 给水泵汽机

5 凝汽器

6 二级加热器

7 居民供热管

8 中排调整抽汽管道

9 调节阀

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

汽轮机通流叶片设计中，需保持最佳速比，以得到较高的级效率，每一级的速比x1由以下公式表示：式中：u为叶片级的圆周速度；c为叶片级叶栅出口的蒸汽速度，n1为汽轮机的转速，D1为叶片级的直径，Δh1为一个气缸的蒸汽焓降，m1为一个气缸里的总级数。因此，汽轮机中低压缸的速比x为：式中：n为低压缸的转速，D为低压缸的叶片级的直径，Δh为低压缸的蒸汽焓降，m为低压缸的总级数。

正常情况下，汽轮机中高压缸的转子轴、中压缸的转子轴、低压缸的转子轴为一根轴，故多个气缸具有相同的转速。但是，当汽轮机在采暖期运行时，其运行背压升高，故汽轮机中低压缸的焓降Δh会减少，因此，低压缸的速比x就偏离原来的设计点，从而使得低压缸的级效率下降。另外，若低压缸的速比x严重偏离设计点，则会引起低压缸叶片鼓风发热，从而影响汽轮机机组运行的安全性和可靠性。

针对上述问题，本申请中将汽轮机机组中高中压缸的转子轴和低压缸的转子轴断开、并使用变速机构连接两根转子轴，以使得汽轮机机组在采暖期和非采暖期运行时，低压缸具有不同的转速。具体说，如图1所示，本申请提供一种变转速汽轮机，包括具有第一转子轴11的高中压缸1和具有第二转子轴21的低压缸2，还包括一变速机构3，所述变速机构3的输出端与所述第一转子轴11相连接，所述变速机构3的输入端与所述第二转子轴21相连接；当汽轮机机组在采暖期运行时，则汽轮机的运行背压升高，所述低压缸2的蒸汽焓降Δh减少，此时，维持高中压缸的第一转子轴11的转速，改变变速机构3的档数(即减少变速机构3的传动比)，以此来降低低压缸2的第二转子轴21的转速n，且低压缸2的第二转子轴21的转速n的减少量与低压缸2的蒸汽焓降Δh的减少量相对应；当汽轮机机组在非采暖期运行时，则汽轮机的运行背压降低，所述低压缸2的蒸汽焓降Δh增加，此时，维持高中压缸的第一转子轴11的转速，改变变速机构3的档数(即增加变速机构3的传动比)，以此来增加低压缸2的第二转子轴21的转速n，且低压缸2的第二转子轴21的转速n的增加量与低压缸2的蒸汽焓降Δh的增加量相对应。

本申请中，将汽轮机机组的高中压缸1的第一转子轴11和低压缸2的第二转子轴21断开、并通过变速机构3将第一转子轴11和第二转子轴21连接，因此，可通过变速机构3来改变汽轮机机组在不同运行背压下的低压缸2的第二转子轴21的转速n，且使低压缸2的第二转子轴21的转速n的变化量与汽轮机运行背压变化时所产生的低压缸2焓降Δh的变化量相对应，从而使得低压缸2的速比x始终在最佳的设计范围内，进而保证低压缸叶片的效率和安全性，从而汽轮机机组的安全运行，且还提高了汽轮机机组的经济性。另外，本申请仅仅是在高中压缸1的第一转子轴11和低压缸2的第二转子轴21之间增设一个变速机构3就可达到汽轮机机组在高背压、低背压时均具有较好经济性和安全性的效果，相较于现有技术中汽轮机不同运行背压需更换转子的方式而言，本申请的成本非常低，且操作非常方便。

进一步地，本申请涉及的变转速汽轮机也可应用于大容量功率的供热机组中，当机组的中排抽汽量较大时，低压缸2的进汽流量减少、进汽压力降低，则低压缸2的焓降Δh减少，此时，变速机构3用于降低低压缸2的第二转子轴21的转速n，且低压缸2的第二转子轴21的转速n的减少量与低压缸2的蒸汽焓降Δh的减少量相对应，以达到维持低压缸2的速比x在最佳范围内，保证机组的运行安全性和经济性。

同理，当汽轮机的排汽压力降低或进汽流量增加(进汽压力升高)时，所述低压缸2的蒸汽焓降Δh增加，则通过变速机构3可增加低压缸2的第二转子轴21的转速n，且低压缸2的第二转子轴21的转速n的增加量与低压缸2的蒸汽焓降Δh的增加量相对应；当汽轮机的排汽压力升高或进汽流量减少(进汽压力降低)时，所述低压缸2的蒸汽焓降Δh减少，则通过变速机构3可降低低压缸2的第二转子轴21的转速n，且低压缸2的第二转子轴21的转速n的减少量与低压缸2的蒸汽焓降Δh的减少量相对应，使得低压缸2的速比x维持在最佳范围内，最终保证机组的运行安全性和经济性、且维持低压缸2具有较高的效率。

优选地，所述高中压缸1的第一转子轴11和低压缸2的第二转子轴21可以同轴线，也可以不同轴线、错位设置，故所述变速机构3可以采用变速箱、调速器、变速器、齿轮箱等，且变速机构3具有多个调节档位，即可以调节第二转子轴21至第一转子11的传动比具有多个不同的数值。

进一步地，本申请还提供一种变转速汽轮机供热系统，如图2所示，该变转速汽轮机供热系统包括给水泵汽机4、汽轮机的中压缸和低压缸2、凝汽器5、二级加热器6和居民供热管7，所述中压缸的排汽口通过管道与低压缸2的进汽口相连接，所述给水泵汽机4的出口和低压缸2的排汽口均通过管道与凝汽器5的入口相连接，所述凝汽器5的出口通过管道与二级加热器6的进口相连接，所述二级加热器6的出口通过管道与居民供热管7的入口端相连接，所述居民供热管7的出口端通过管道与凝汽器5的入口相连接，所述中压缸上还设有中排调整抽汽口，该中排调整抽汽口通过中排调整抽汽管道8与二级加热器6的进口相连接。所述汽轮机为上述所述的变转速汽轮机，故该汽轮机的中压缸具有第一转子轴11，该汽轮机的低压缸2具有第二转子轴21，第一转子轴11和第二转子轴21通过一变速机构3相连接；当汽轮机的运行背压升高时，所述低压缸2的蒸汽焓降Δh减少，所述变速机构3用于降低低压缸2的第二转子轴21的转速n，且低压缸2的第二转子轴21的转速n的减少量与低压缸2的蒸汽焓降Δh的减少量相对应；当汽轮机的运行背压降低时，所述低压缸2的蒸汽焓降Δh增加，所述变速机构3用于增加低压缸2的第二转子轴21的转速n，且低压缸2的第二转子轴21的转速n的增加量与低压缸2的蒸汽焓降Δh的增加量相对应。

将本申请涉及的变转速汽轮机应用到冬季供热系统中，采用热网的回水作为凝汽器5的循环水，汽轮机的低压排汽直接加热供热管网的循环水，且汽轮机的中排调整抽汽再次加热供热管网的循环水，以减少凝汽器5的冷源损失，增大热网供热量，从而符合节能减排的要求。另外，当供热系统中的变转速汽轮机在采暖期时，其是高背压运行，相应地，采暖期工况下汽轮机机组中的低压缸2的转速降低，使得采暖期工况下汽轮机机组中的低压缸2的速比x在最佳范围内；当供热系统中的变转速汽轮机在非采暖期时，其是低背压运行，相应地，非采暖期工况下汽轮机机组中的低压缸2的转速增加，通用使得非采暖期工况下汽轮机机组中的低压缸2的速比x在最佳范围内，故汽轮机机组在任何工况下都具有较好的安全性和经济性。

本实施例中，所述中排调整抽汽管道8上设有调节阀9，用于打开或关闭中排调整抽汽管道8，或用于调节中排调整抽汽量的大小；所述低压缸2为双流低压缸。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、背压供热机组：与现有技术中双转子的方式相比，可以减少电厂的多一套低压转子的投资，且无需每年两次更换低压转子的时间和费用，故能大大降低机组的成本，节省经济成本和时间成本；与现有技术中直接截断叶片或采用短叶片相比，可以大大提高机组在非采暖期的经济性。

2、抽凝供热机组：提高供热公开的运行经济性。

3、常规纯凝机组：提高夏季高背压工况的运行经济性。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种变转速汽轮机，包括具有第一转子轴的高中压缸和具有第二转子轴的低压缸，所述低压缸的速比x为：式中：n为低压缸的第二转子轴的转速，D为低压缸的叶片级的直径，Δh为低压缸的蒸汽焓降，m为低压缸的总级数；其特征在于：还包括一变速机构，所述变速机构的输出端与所述第一转子轴相连接，所述变速机构的输入端与所述第二转子轴相连接；

当汽轮机的运行背压升高时，所述低压缸的蒸汽焓降Δh减少，所述变速机构用于降低低压缸的第二转子轴的转速n，且低压缸的第二转子轴的转速n的减少量与低压缸的蒸汽焓降Δh的减少量相对应；

当汽轮机的运行背压降低时，所述低压缸的蒸汽焓降Δh增加，所述变速机构用于增加低压缸的第二转子轴的转速n，且低压缸的第二转子轴的转速n的增加量与低压缸的蒸汽焓降Δh的增加量相对应。

2.根据权利要求1所述的变转速汽轮机，其特征在于：所述变速机构为变速箱。

3.根据权利要求1所述的变转速汽轮机，其特征在于：当汽轮机的排汽压力降低或进汽流量增加时，所述低压缸的蒸汽焓降Δh增加，所述变速机构用于增加低压缸的第二转子轴的转速n，且低压缸的第二转子轴的转速n的增加量与低压缸的蒸汽焓降Δh的增加量相对应；

当汽轮机的排汽压力升高或进汽流量减少时，所述低压缸的蒸汽焓降Δh减少，所述变速机构用于降低低压缸的第二转子轴的转速n，且低压缸的第二转子轴的转速n的减少量与低压缸的蒸汽焓降Δh的减少量相对应。

4.一种变转速汽轮机供热系统，其特征在于：包括给水泵汽机、汽轮机的中压缸和低压缸、凝汽器、二级加热器和居民供热管，所述中压缸的排汽口通过管道与低压缸的进汽口相连接，所述给水泵汽机的出口和低压缸的排汽口均通过管道与凝汽器的入口相连接，所述凝汽器的出口通过管道与二级加热器的进口相连接，所述二级加热器的出口通过管道与居民供热管的入口端相连接，所述居民供热管的出口端通过管道与凝汽器的入口相连接，所述中压缸上还设有中排调整抽汽口，该中排调整抽汽口通过中排调整抽汽管道与二级加热器的进口相连接；所述汽轮机的中压缸具有第一转子轴，所述汽轮机的低压缸具有第二转子轴，所述低压缸的速比x为：式中：n为低压缸的第二转子轴的转速，D为低压缸的叶片级的直径，Δh为低压缸的蒸汽焓降，m为低压缸的总级数；还包括一变速机构，所述变速机构的输出端与所述第一转子轴相连接，所述变速机构的输入端与所述第二转子轴相连接；

当汽轮机的运行背压升高时，所述低压缸的蒸汽焓降Δh减少，所述变速机构用于降低低压缸的第二转子轴的转速n，且低压缸的第二转子轴的转速n的减少量与低压缸的蒸汽焓降Δh的减少量相对应；

当汽轮机的运行背压降低时，所述低压缸的蒸汽焓降Δh增加，所述变速机构用于增加低压缸的第二转子轴的转速n，且低压缸的第二转子轴的转速n的增加量与低压缸的蒸汽焓降Δh的增加量相对应。

5.根据权利要求4所述的变转速汽轮机供热系统，其特征在于：所述中排调整抽汽管道上设有调节阀。

6.根据权利要求4所述的变转速汽轮机供热系统，其特征在于：所述低压缸为双流低压缸。